Đồ án Xây dựng mô hình thực nghiệm wireless multi-Hop

ẪN v LỜI NÓI ĐẦU Nếu một thiết b ngày xưa để hoạt động chúng ta phải tiếp xúc và điều chỉnh trực tiếp tại bộ phận điều khiển của thiết b , thì ngày nay chúng ta chỉ cần ngồi một ch và dùng máy tính cùng bộ phát sóng R để điều khiển, thu thập dữ liệu nhiệt độ một cách d dàng không còn là một điều xa lạ hay khó khăn nữa. Các bộ điều khiển từ xa như remote tivi hay remote máy điều hòa nhiệt độ ... đều dùng hồng ngoại và vấn đề ở đây chính là khoảng cách truyền thẳng trong phạm vi vài mét và tốc độ truyền không cao vậy để thu thập được dữ liệu nhiệt độ tốt hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn ta cần có một thiết b điều khiển phù hợp cho mục đích và yêu cầu cao hơn. Điều khiển các node trong mô hình ở khoảng cách xa không vật cản thì việc đó thực hiện một cách d dàng với sóng R . Với yêu cầu đòi hỏi không quá cao thì Module NR là một Module sóng R với tần số sóng ngắn . GHz có thể đáp ứng. Module có ứng dụng để truyền nhận dữ liệu theo hai hướng trên một đường truyền còn được gọi là đường truyền song công . Để giải quyết vấn đề trên, em cần nghiên cứu và thực hiện những nội dung sau: - Tìm hiểu về công nghệ điều khiển từ xa thông qua sóng R . - Tạo một giao diện điều khiển b ng Visual asic. - Thiết kế mạch giao tiếp máy tính và phát sóng R . - Thiết kế mạch điều khiển thiết b và thu sóng R . - Thi công phần cứng bao gồm các node thu thập dữ liệu nhiệt độ theo yêu cầu của mô hình. vi MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................................... V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................... VIII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................................... IX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... X CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................. 1 . . Mục đích, ý nghĩa, sơ đồ hệ thống. ............................................................................. 1 . . Phương pháp và nội dung thực hiện. .......................................................................... 2 .3. Kế hoạch thời gian thực hiện. ..................................................................................... 2 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ................................. 3 2.1. Sơ lược mạng cảm biến không dây ............................................................................. 3 . . Cấu trúc mạng cảm biến không dây ........................................................................... 4 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ............................................................................ 5 3.1. Module thu và phát sóng RF: NRF24L01. .................................................................. 5 3. . . Giới thiệu module NR . ......................................................................................... 5 3. . . Tính năng các chân của Module NR . .................................................................... 6 3. . Vi điều khiển PIC 6 877A. ...................................................................................... 8 3. . . Giới thiệu về PIC 6 877A. ............................................................................................. 8 3.2. . Giao tiếp nối tiếp trong PIC 16F877A. ........................................................................... 10 3. . . . USART bất đồng bộ. ................................................................................................ 11 3. . . . Truyền dữ liệu qua chuẩn giao tiếp USART bất đồng bộ. ......................................... 11 3. . .3. Nhận dữ liệu qua chuẩn giao tiếp USART bất đồng bộ. ............................................ 13 3. . . . Chuẩn truyền thông SPI. .......................................................................................... 16 3. . .5. SPI trong vi điều khiển PIC. ..................................................................................... 19 3.3 Giới thiệu về M35 ................................................................................................... 21 3. . Cổng COM và chuẩn giao tiếp . ................................................................................21 3.4. . Cổng COM. ................................................................................................................... 21 3.4.2. Thông số của chuẩn RS 3 . ........................................................................................... 22 3.5. Thiết kế bộ thu, phát sóng R và giao tiếp máy tính.(sink node) ...............................25 3.6. Thiết kế bộ thu, phát sóng RF (node 1) . ...................................................................28 vii CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN .....................................................31 4. . Giới thiệu phần mềm. ...............................................................................................31 . . Mô hình hệ thống. ....................................................................................................33 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THI CÔNG .................................................................................34 5.1. Sản phẩm hoàn thiện. ...............................................................................................35 5.1. . Mạch thực tế của bộ thu, phát sóng RF. ......................................................................... 35 5. . ưu đồ giải thuật ...................................................................................................... 36 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN ...................................................................................................40 6. . Kết luận. ..................................................................................................................40 6. . Kinh nghiệm. ...........................................................................................................40 6.3. Hướng phát triển đề tài.............................................................................................40 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................41 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình . Mô hình hệ thống. .................................................................................................... 1 Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây. ....................................................... 4 Hình 3.1 Module nRF24l01 .................................................................................................. 6 Hình 3. SPI đọc dữ liệu....................................................................................................... 7 Hình 3.3 SPI ghi dữ liệu. ........................................................................................................ 7 Hình 3.4 PIC 16F877A. .......................................................................................................... 9 Hình 3.5 Sơ đồ khối chức năng cơ bản của PIC 16F877A. .....................................................10 Hình 3.6 Sơ đồ khối của khối truyền dữ liệu USART. ...........................................................12 Hình 3.7 Sơ đồ khối của khối nhận dữ liệu USART. ..............................................................14 Hình 3.8 Giao diện SPI. .........................................................................................................16 Hình 3.9 Truyền dữ liệu SPI. .................................................................................................18 Hình 3. Module đo nhiệt độ ............................................................................................. 21 Hình 3.11 Module giao tiếp máy tính P 3 3 ...................................................................... 23 Hình 3. Mạch nguyên lý bộ thu, phát sóng R và giao tiếp máy tính sink node. ................ 25 Hình 3. 3 Đóng khung dữ liệu trong chuẩn USART bất đồng bộ. ..........................................26 Hình 3. Mạch in bộ thu, phát sóng R và giao tiếp máy tính sink node. .............................27 Hình 3. 5 Mạch nguyên lý bộ thu, phát sóng RF node 1. .......................................................28 Hình 3. 6 Mạch in bộ thu, phát sóng RF node 1 . ..................................................................29 Hình 4.1 Giao diện V 6 khi khởi động. .................................................................................31 Hình 4.2 Cửa sổ lập trình của V 6. .......................................................................................31 Hình 4.3 Mô hình bố trí hệ thống. ..........................................................................................32 Hình 5.1 Mạch thực tế bộ thu, phát sóng R và giao tiếp máy tính sink node. ........................33 Hình 5. Mạch thực tế bộ thu, phát sóng node 1 .................................................................. 34 Hình 5.3 ưu đồ giải thuật máy tính truyền, nhận dữ liệu từ PIC . .........................................35 Hình 5.4 ưu đồ giải thuật PIC (bộ phát) truyền dữ liệu. .......................................................36 Hình 5.5 ưu đồ giải thuật PIC (bộ thu) nhận dữ liệu. ...........................................................37 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ảng 3. . ảng mã ASCII những kí tự được sử dụng. ....................................................... 26 x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BRG Berkeley Research Group CMOS Complementary metal–oxide–semiconductor CREN Continuous Receive Enable bit FIFO First in first out ICSP In-system programming ICSP In-system programming MSSP Master Synchronous Serial Port PIC Programmable Intelligent Computer. PSPIE Parallel Slave Port Read/Write Interrupt Enable PWM Pulse Width Modulation RCSTA RECEIVE STATUS AND CONTROL REGISTER RISC Reduced Instructions Set Computer. RSR Receive Shift Register SCI Serial Communication Interface SPI Serial Peripheral Interface. SSPBUF Synchronous Serial Port Receive Buffer SSPIF Software Support Production Integration Facility TSR The shift register USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter. USB Universal Serial Bus XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Mục đích, ý nghĩa, sơ đồ hệ thống. - Tên đề tài: Xây dựng mô hình thực nghiệm wireless multi-hop - Mục đích của đề tài là xây dựng một mô hình thực nghiệm thu nhận dữ liệu nhiệt độ trong môi trường thông qua sóng R mà các node được thiết kế thực tế trong khuôn viên trường đại học Tôn Đức Thắng. - Ý nghĩa của đề tài: Việc ứng dụng các kiến thức đã học và mong muốn tạo ra một sản phẩm phục vụ cho nhu cầu của người sử dụng là vấn đề đáng được quan tâm của một k sư điện - điện tử. Tìm hiểu về giao tiếp với máy tính để điều khiển thiết b qua sóng R với vấn đề trên cũng chính là đề tài nghiên cứu của em. - Ứng dụng, đóng góp của đề tài: Cảnh báo cháy cho các hệ thống nhà máy, xí nghiệp hay chung cư, ngôi nhà thông minh, thăm dò những khu vực nguy hiểm, điều khiển giám sát hệ thống sản xuất từ xa, Sơ đồ hệ thống thực hiện như sau: Hình 1.1 Mô hình hệ thống XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 2 1.2 Phƣơng pháp và nội dung thực hiện. - Tìm hiểu về công nghệ điều khiển từ xa thông qua sóng R . - Tìm hiểu phương thức giao tiếp máy tính. - Tìm hiểu viết code cho chương trình hoạt động. - Thiết kế mạch giao tiếp máy tính và thu phát sóng RF. - Thiết kế mạch xử lý nhiệt độ và thu, phát sóng RF. - Tạo một giao diện điều khiển b ng Visual asic. 1.3 Kế hoạch thời gian thực hiện. - Từ lúc nhận Đồ Án Tốt Nghiệp đến lúc bảo vệ 5 % (ngày 20/04/2015): Thực hiện xong việc tìm hiểu lý thuyết, tạo giao diện giao tiếp máy tính trên V 6. Hoàn tất mô hình node thu phát tín hiệu. - Sau khi bảo vệ 50% đến lúc phản biện: Hoàn tất việc thi công mô hình thực nghiệm 3 node thu thập dữ liệu theo yêu cầu của đề tài wireless multi-hop đã đặt ra. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 3 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WIRELESS SENSOR NETWORK) 2.1 Mạng cảm biến không dây.[1] Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp các thiết b cảm biến sử dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc quang học) để phối hợp thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin dữ liệu phân tán với quy mô lớn trong bất kỳ điều kiện và ở bất kỳ vùng đ a lý nào. Mạng cảm biến không dây có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp thông qua một điểm thu phát (Sink) và môi trường mạng công cộng như Internet hay vệ tinh. Các nút cảm biến không dây có thể được triển khai cho các mục đích chuyên dụng như điều khiển giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; tạo ra không gian sống thông minh; khảo sát đánh giá chính xác trong nông nghiệp; trong lĩnh vực y tế; ... ợi thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu như trong bất kì loại hình đ a lý nào kể cả các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng cảm biến có. Các thiết b cảm biến không dây liên kết thành một mạng đã tạo ra nhiều khả năng mới cho con người. Các đầu đo với bộ vi xử lý và các thiết b vô tuyến rất nhỏ gọn tạo nên một thiết b cảm biến không dây có kích thước rất nhỏ, tiết kiệm về không gian. Chúng có thể hoạt động trong môi trường dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Ngày nay, các mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở các chất gây ô nhi m, kiểm tra giám sát hệ sinh thái và môi trường sinh vật phức tạp, điều khiển giám sát trong công nghiệp và trong lĩnh vực quân sự, an ninh quốc phòng hay các ứng dụng trong đời sống hàng ngày. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 4 2.2 Cấu trúc của mạng cảm biến không dây Một mạng cảm biến không dây bao gồm số lượng lớn các nút được triển khai dày đặc bên trong hoặc ở rất gần đối tượng cần thăm dò, thu thập thông tin dữ liệu. V trí các cảm biến không cần đ nh trước vì vậy nó cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc các khu vực nguy hiểm. Khả năng tự tổ chức mạng và cộng tác làm việc của các cảm biến không dây là những đặc trưng rất cơ bản của mạng này. Với số lượng lớn các cảm biến không dây được triển khai gần nhau thì truyền thông đa liên kết được lựa chọn để công suất tiêu thụ là nhỏ nhất (so với truyền thông đơn liên kết) và mang lại hiệu quả truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền khoảng cách xa. Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 5 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1 Module thu và phát sóng RF: NRF24L01. [2] 3.1.1 Giới thiệu module NRF24L01. NRF24L01 Module là board mạch thiết kế cho giải pháp truyền dữ liệu không dây, sử dụng chip thế hệ mới nhất NRF24L01+ của hãng Nordic's, bổ sung thêm một số pipelines, buffers, và an auto-retransmit feature, băng tần . GHz, sử dụng giao thức SPI để giao tiếp. Module này rất lý tưởng cho: wireless multi-hop, wireless data transmission, multicast, and frequency-hopping communication. Tính năng của NR bao gồm:  Radio + Hoạt động ở giải tần . GHz. + 126 kênh. + Truyền và nhận dữ liệu. + Truyền tốc độ cao 1 Mbps hay 2 Mbps.  Công suất phát + Có công suất có thể cài đặt nguồn phát: , -6, -12 or -18 dBm. + 11.3 mA ở dBm output power.  Thu + Có bộ lọc nhi u tại đầu thu. + Khuếch đại b ảnh hưởng bởi nhi u thấp.  Nguồn cấp. + Hoạt động từ ,3 V đến 3,6 V điện áp hoạt động tốt nhất là 3.3 V + Các chân IO đều hoạt động ở mức điện áp 3.3 V hoặc 5 V đều được. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 6  Giao tiếp + 4 chân SPI. + Tốc độ tối đa là 8 Mbps. + 3-3 bytes trên khung truyền nhận. Module NR hoạt động ở tần số sóng ngắn . GHz nên nó có khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao và truyền nhận dữ liệu trong điều kiện môi trường có vật cản. Module NR có 6 kênh truyền. Điều này giúp ta có thể truyền nhận dữ liệu trên nhiều kênh khác nhau. Module khả năng thay đổi công suất phát b ng chương trình, điều này giúp nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng. 3.1.2 Tính năng các chân của Module NRF24L01. Hình 3.1 Module NRF24L01.  Module NRF có 8 chân: + Chân số : GN chân mass( V) của module. + Chân số :VCC sử dụng nguồn ổn đ nh từ ( .9 V đến 3.6 V DC). + Chân số 3: C (Chip Enable) Khi ở mức thấp tải dữ liệu lên Radio hoặc một gói tin nhận được, ngược lại khi ở mức cao chế độ nhận truyền được thiết lập. + Chân số : CSN (Chip Select NOT) Đây là chế độ SPI Slave Select Pin, nó được đưa về mức thấp để bắt đầu giao tiếp với SPI, đưa về mức cao để kết thúc quá trình xử lý. + Chân số 5: SCK (Serial Clock) Xung Clock để đưa dữ liệu ứng với m i xung. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 7 + Chân số 6: MOSI Master Output Slave Input ữ liệu được đưa qua chân này tới Slave. + Chân số 7: MISO Master Input Slave Output dữ liệu nối tiếp được truyền từ Slave qua chân này tới Master. + Chân số 8: IRQ Interrupt Request yêu cầu ngắt Radio điều khiển chân này về mức thấp để kích hoạt ngắt. Hoạt động SPI Hình 3. 2 SPI đọc d liệu. Hình 3. 3 SPI ghi d liệu. Để gửi hay nhận dữ liệu qua giao tiếp SPI: Chân CSN của module phải ở mức thấp để bắt đầu tiến hành giao tiếp. Sau đó đặt chân CSN lên mức cao để cho quá trình truyền nhận dữ liệu kết thúc. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 8 3.2 Vi điều khiển PIC 16F877A. [3] 3.2.1 Giới thiệu về PIC 16F877A. PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology. PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt Programable Intelligent Computer , có thể tạm d ch là máy tính thông minh khả trình do hãng General Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ. PIC 65 được thiết kế để dùng làm các thiết b ngoại vi cho vi điều khiển CP 6 . Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay. Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC 6 xxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài bit. M i lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là ns. ộ nhớ chương trình 8 Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368×8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu PROM với dung lượng 56×8 byte. Số PORT I O là 5 với 33 pin I/O. PIC 6 877A là dòng pic phổ biến hiện nay, đủ mạnh về tính năng, chân , bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường. cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau: - 8k flash ROM. - 368 byte RAM. - 256 byte EFROM. - 5 port(A, B, C, D, ) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập. - bộ đ nh thời 8 bit (timer 0 và timer 2). - Một bộ đ nh thời 6 bit (timer ) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (sleep mode) với nguồn xung clock ngoài. - bộ CCP (capture compare/ PWM). - bộ biến đổi A bits, 8 ngõ vào. - bộ so sánh tương tự (compartor). - bộ đ nh thời giám sát (watchdog timer). XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 9 - cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển. - cổng nối tiếp. - 5 nguồn ngắt. - Có chế độ tiết kiệm năng lượng. - Nạp chương trình b ng cổng nối tiếp ICSP. - Được chế tạo b ng công nghệ CMOS. - 35 tập lệnh. - Tần số hoạt động tối đa MHz. Hình 3.4 Pic 16F877A. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 10 Hình 3.5 Sơ đồ khối chức năng cơ bản của PIC 16F877A. 3.2.2 Giao tiếp nối tiếp trong PIC 16F877A. USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là một trong hai chuẩn giao tiếp nối tiếp.USART còn gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp SCI (Serial Communication Interface) với các thiết ngoại vi, với các thiết b điều khiển hay máy tính. Các dạng USART ngoại vi bao gồm: + ất đồng bộ(Asynchronous). + Đồng bộ Master mode. + Đồng bộ Slave mode. Hai chân dùng cho giao diện này là RC6 TX CK và RC7 RX T XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 11 + RC6 TX CK : dùng để truyền xung clock(baud rate) + RC7/RX/DT : dùng để truyền data. PIC16f877a được tích hợp sẵn bộ tạo tốc độ baud( aud Rate Genetator) 8 bit dùng cho giao diện USART. RG là một bộ đếm có thể sử dụng cho cả hai dạng đồng bộ và bất đồng bộ được điều khiển bời thanh ghi PS RG: Trong đó X là giá tr của thanh ghi RS RG( X là số nguyên từ đến 55). Các thanh ghi liên quan đến RG bao gồm: + TXSTA(đ a chỉ 98h) chọn chế độ đồng bộ hay bất đồng bộ(bit SYNC) và chọn mức tốc độ baud(bit RGH). + RCSTA(đ a chỉ 8h) cho phép hoạt động cổng nối tiếp(bit SP N). + RS RG(đ a chỉ 99h) quyết đ nh tốc độ baud. 3.2.2.1 USART bất đồng bộ. Ở chế độ này các bit truyền đi sẽ bao gồm bit Start 8 bit dữ liệu và bit Stop. it S sẽ được truyền đi trước. Các khối truyền và nhận ata độc lập với nhau sẽ dùng chung tần số tương ứng với tốc độ baud cho quá trình dữ liệu. Để đảm bảo tính hiệu quả của dữ liệu thì hai khối truyền và nhận phải cùng chung một đ nh dạng dữ liệu. 3.2.2.2 Truyền d liệu qua chuẩn giao tiếp USART bất đồng bộ. Thanh ghi TSR(Transmit Shif Register), thanh ghi TSR sẽ lấy dữ liệu từ thanh ghi đệm dùng cho quá trình là TXR G. ữ liệu cần truyền phải được đưa trước vào thanh ghi TXR G, ngay sau khi bit Stop của dữ liệu cần truyền trước đó truyền xong, dữ liệu từ thanh ghi TXR G sẽ được đưa vào thanh ghi TSR, thanh ghi TXR G b r ng, ngắt xảy ra và cờ hiệu TXI vẫn sẽ được set bit bất chấp trạng thái của bit TXI hay tác động của chương trình (không thể xóa TXI b ng chương trình) mà chỉ reset về khi có dữ liệu được đưa vào thanh ghi TXREG. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 12 Hình 3.6 Sơ đồ khối của khối truyền d liệu USART. Cờ hiệu TXI đóng vai trò chỉ trạng thái thanh ghi TXR G thì cờ hiệu TRMT có nhiệm vụ thể hiện trạng thái thanh ghi TSR. Khi thanh ghi TSR r ng, bit TRMT sẽ được set lên . it này chỉ đọc và không có ngắt nào được gắn với trạng thái của nó. Thanh ghi TSR không có bộ nhớ dữ liệu và chỉ điều khiển b ng CPU. Khối dữ liệu truyền được phép hoạt động khi bit TX N được set. Quá trình truyền dữ liệu bắt đầu khi có dữ liệu trong thanh ghi TXR G và xung truyền baud được tạo ra. Khi khối dữ liệu truyền được khởi động lần đầu tiên, thanh ghi TSR r ng, tại thời điểm đó dữ liệu đưa vào thanh ghi TXR G ngay lập tức được load và thanh ghi TSR và thanh ghi TXR G b r ng, lúc này ta có thể hình thành một chu i dữ liệu liên tục cho quá trình truyền dữ liệu. Trong khi quá trình truyền nếu bit TX N b reset về quá trình sẽ kết thúc, khối truyền dữ liệu sẽ được reset lại trạng thái và chân RC6/TX CK chuyển đến trạng thái Hight_Impedance. Trong trường hợp dữ liệu cần truyền 9 bit, bit TX9 (TXSTA) được set và bit dữ liệu thứ 9 sẽ được lưu trong bit TX9 . Nên ghi bit dữ liệu thứ 9 vào trước vì khi ghi 8 bit dữ liệu vào thanh ghi TXR G có thể xảy ra trường hợp nội dung XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 13 thanh ghi TXR G sẽ được load vào thanh ghi TSR trước như vậy dữ liệu truyền sẽ b sai so với yêu cầu. Tóm lại để truyền dữ liệu theo giao diện USART bất đồng bộ, ta cần thực hiện tuần tự các bước sau: + Tạo xung truyền baud b ng cách đưa các giá tr cần thiết vào thanh ghi RS RG và các bit điều khiển mức tốc độ baud RGH. + Cho phép cổng giao diện nối tiếp bất đồng bộ b ng cách clear SYNC và set bit SPEN. + Set bit TXI nếu cần thiết. + Set bit TX9 nếu đ nh dạng dữ liệu cần truyền là 9 bit. + Set bit TX N để cho phép truyền dữ liệu(lúc này bit TXI cũng sẽ được set). + Nếu đ nh dạng dữ liệu là 9 bit, đưa bit dữ liệu thứ 9 vào bit TX9 ). + Đưa 8 bit dữ liệu cần truyền vào thanh ghi TXR G. + Nếu sử dụng ngắt, cần kiểm tra lại các bit GI và P I ( thanh ghi INTCON). Thanh ghi INTCON có đ a chỉ h, 8Bh, 10Bh, 8 h chứa các bit cho phép toàn bộ ngắt. Thanh ghi PIR có đ a chỉ Ch chứa cờ hiệu TXI . Thanh ghi PI có đ a chỉ 8Ch chứa các bit cho phép ngắt TXI . Thanh ghi RCSTA có đ a chỉ 8h xác đ nh trạng thái trong quá trình truyền dữ liệu (hai chân RC6/TX/CK và RC7/RX/DT). Thanh ghi TXR G có đ a chỉ 9h chứa dữ liệu cần truyền. Thanh ghi TXSTA có đ a chỉ 98h chứa các bit điều khiển SYNC và RGH. Thanh ghi SP RG có đ a chỉ 99h điều khiển tốc độ baud. 3.2.2.3 Nhận d liệu qua chuẩn giao tiếp USART bất đồng bộ. ữ liệu được đưa vào từ chân RC7 RX T sẽ kích hoạt khối khôi phục dữ liệu. Khối phục hồi dữ liệu là một bộ d ch dữ liệu tốc độ cao và tần số hoạt động gấp 6 lần XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 14 hoặc 6 lần tần số baud. Trong khi đó tốc độ d ch của thanh ghi nhận dữ liệu sẽ b ng với tần số baud hoặc với tần số Oscillator. Hình 3.7 Sơ đồ khối của khối nhận d liệu USART. it điều khiển cho phép khối dữ liệu là bit CREN (RCSTA<4) Thành phần quan trọng nhất của khối dữ liệu là thanh ghi nhận dữ liệu RSR (Receive Shift Register). Sau khi nhận diện bit Stop của dữ liệu truyền tới, dữ liệu nhận được trong thanh ghi RSR sẽ được đưa vào thanh ghi RCR G, sau đó cờ hiệu RCIF sẽ được set và ngắt nhận được kích hoạt. Ngắt này được điều khiển bởi bit RCI . it cờ hiệu RCI là bit chỉ đọc và không thể tác động bởi chương trình. RCI chỉ reset về khi dữ liệu nhận vào ở thanh ghi RCR G đã được đọc và khi đó thanh ghi RCR G r ng. Thanh ghi RCR G là thanh ghi có bộ đệm kép(double-buffered register) và hoạt động theo cơ chế I O( irst In irst Out) cho phép nhận byte và byte thứ 3 tiếp tục đưa vào thanh ghi RSR, nếu sau khi nhận được bit Stop của byte dữ liệu thứ 3 mà thanh ghi RCR G vẫn còn đầy, cờ hiệu báo tràn dữ liệu O RR sẽ được XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 15 set, dữ liệu thanh ghi RSR sẽ b mất đi và quá trình đưa dữ liệu từ thanh ghi RSR vào thanh ghi RCR G sẽ b gián đoạn. Trong trường hợp này cần lấy hết dữ liệu ở thanh ghi RCR G vào trước khi tiếp tục nhận byte dữ liệu tiếp theo. it O RR phải được xóa b ng phần mềm và được thực hiện b ng cách clear bit CR N rồi set lại. it RR sẽ được set khi phát hiện bit Stop dữ liệu được nhận vào , bit dữ liệu thứ 9 sẽ được đưa vào RX9 . Khi đọc dữ liệu từ thanh ghi RCR G, hai bit RR và RX9 sẽ nhận được giá tr mới. o đó cần đọc dữ liệu từ thanh ghi RCSTA trước khi đọc dữ liệu từ thanh ghi RCR G để tránh mất dữ liệu. Tóm lại để nhận dữ liệu theo giao diện USART bất đồng bộ, ta cần thực hiện tuần tự các bước sau: + Thiết lập tốc độ baud, đưa giá tr thích hợp vào thanh ghi SP RG và bit RGH. + Cho phép cổng giao tiếp USART bất đồng bộ clear bit SYNC và set bit SP N. + Nếu cần sử dụng ngắt nhận dữ liệu, set bit RCI . + Nếu dữ liệu truyền nhận có đ nh dạng là 9 bit, set bit RX9. + Cho phép nhận dữ liệu b ng cách set bit CR N. + Sau khi dữ liệu được nhận, bit RCI sẽ được set và ngắt kích hoạt(nếu bit RCI được set). + Đọc giá tr thanh ghi RCSTA để đọc dữ liệu thứ 9 và kiểm tra xem quá trình nhận dữ liệu có b l i không. + Đọc 8 bit dữ liệu từ thanh ghi RCR G. + Nếu quá trình truyền nhận có l i xảy ra, xóa l i b ng cách xáo bit CR N. + Nếu sử dụng ngắt nhận cần set bit GI và PEIE trong thanh ghi INTCON Thanh ghi INTCON có đ a chỉ h,8 h, h, 8 h chứa các bit cho phép toàn bộ ngắt (bit GI và PEIE) Thanh ghi PIR có đ a chỉ Ch chứa cờ hiệu RCI . XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 16 Thanh ghi PI có đ a chỉ 8Ch chứa các bit cho phép ngắt RCI . Thanh ghi RCSTA có đ a chỉ 8h xác đ nh trạng thái trong quá trình truyền nhận dữ liệu. Thanh ghi RCR G có đ a chỉ Ah chứa dữ liệu nhận được. Thanh ghi TXSTA có đ a chỉ 98h chứa các bit điều khiển SYNC và BRGH. Thanh ghi SP RG có đ a chỉ 99h điều khiển tốc độ baud. 3.2.2.4 Chuẩn truyền thông SPI.[4] SPI (Serial Peripheral us) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có chip Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông dây vì có đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select). Hình 3.8 Giao diện SPI. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 17 - SCK: Xung giữ nh p cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần đường giữ nh p, m i nh p trên chân SCK báo bit dữ liệu đến hoặc đi. Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART. Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình truyền ít b l i và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao. Xung nh p chỉ được tạo ra bởi chip Master. - MISO: Master Input / Slave Output: Nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau. - MOSI: Master Output / Slave Input: Nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input. MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau. - SS : Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giao tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó. Chỉ có 1 đường SS trên m i Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng. Hoạt động: M i chip Master hay Slave có một thanh ghi dữ liệu 8 bits. Cứ m i xung nh p do Master tạo ra trên đường giữ nh p SCK, một bit trong thanh ghi dữ liệu của Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng thời một bit trong thanh ghi dữ liệu của chip Slave cũng được truyền qua Master trên đường MISO. o gói dữ liệu trên chip được gởi qua lại đồng thời nên quá trình truyền dữ liệu này được gọi là song công . XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 18 Hình 3.9 Truyền d liệu SPI. Cực của xung giữ nh p, phase và các chế độ hoạt động cực của xung giữ nh p (Clock Polarity) được gọi tắt là CPO là khái niệm dùng chỉ trạng thái của chân SCK ở trạng thái nghỉ. Ở trạng thái nghỉ (Idle), chân SCK có thể được giữ ở mức cao (CPO = ) hoặc thấp (CPO = ). Phase (CPHA) dùng để chỉ cách mà dữ liệu được lấy mẫu (sample) theo xung giữ nh p. ữ liệu có thể được lấy mẫu ở cạnh lên của SCK (CPHA= ) hoặc cạnh xuống (CPHA=1). Sự kết hợp của CPO và CPHA làm nên chế độ hoạt động của SPI. Nhìn chung việc chọn trong chế độ này không ảnh hưởng đến chất lượng truyền thông mà chỉ sao cho có sự tương thích giữa Master và Slave. SPI có mode hoạt động, phụ thuộc vào cực tính và pha của xung đồng hồ. Trong trường hợp cực âm của xung đồng hồ, tín hiệu SCK sẽ ở mức thấp trong quá trình nghỉ và chuyển sang mức cao trong quá trình truyền dữ liệu. Ngược lại, đối với trường hợp cực dương của xung đồng hồ, tín hiệu SCK ở mức cao trong quá trình nghỉ và chuyển sang mức thấp khi truyền dữ liệu. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 19 3.2.2.5 SPI trong vi điều khiển PIC. SPI Mode trong PIC cho phép 8 bit dữ liệu được truyền nhận đồng bộ. H trợ hoạt động ở cả mode. Để tiến hành hoạt động giao tiếp, về cơ bản, 3 chân sau đây được sử dụng: + Serial Data Out – RC5/SDO. + Serial Data In – RC4/SDI/SDA. + Serial Clock – RC3/SCK/SCL. Ngoài ra, nếu trong hệ thống có nhiều hơn Slave thì chân Chip Select sẽ được dùng: + Slave Select – RA5/AN4/SS/HLVDIN. Để sử dụng Mode SPI ta cần phải thiết lập các giá tr chính xác cho các thanh ghi Control. Module MSSP của PIC có thanh ghi dành cho Mode SPI. Đó là: + MSSP Control Register 1 (SSPCON1). + MSSP Status Register (SSPSTAT). + Serial Receive/Transmit Buffer Register (SSPBUF). + MSSP Shift Register (SSPSR) – Không truy xuất trực tiếp được. - SSPCON và SSPSTAT là các thanh ghi điều khiển và cho biết trạng thái hoạt động của Mode SPI. - SSPCON là thanh ghi có thể đọc hoặc ghi. Trong khi đó, 6 bit thấp của SSPSTAT chỉ có thể đọc, còn bit cao ta có thể đọc hoặc ghi. - SSPSR là thanh ghi có chức năng ghi d ch dữ liệu vào hoặc ra. - SSP U là thanh ghi uffer, có chức năng lưu dữ liệu tạm thời trước khi ghi vào Slave hoặc sau khi đọc về. Ở hoạt động nhận dữ liệu, SSPSR và SSP U kết hợp lại tạo thành bộ nhận dữ liệu được đệm kép. Khi SSPSR nhận byte hoàn chỉnh, nó sẽ được chuyển đến SSP U và bit SSPI được Set lên .Trong suốt quá trình truyền dữ liệu, SSP U XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 20 không được đệm kép. Nếu ta ghi dữ liệu vào SSP U thì dữ liệu sẽ được ghi vào cả thanh ghi SSPBUF và SSPSR. Khi khởi tạo giao tiếp SPI, ta phải chỉ rõ là thiết lập chế độ hoạt động nào b ng cách ghi vào thanh ghi SSPCON và SSPSTAT các giá tr thích hợp. Giá tr này sẽ cho biết các thông số sau được chọn hay không. + Master Mode (SCK là ngõ ra xung clock). + Slave Mode (SCK là ngõ vào xung clock). + Clock Polarity (trạng thái nghỉ của xung SCK). + ata Input Sample Phase (tại điểm giữa hoặc cuối của xung clock khi data out). + Cạnh xung clock (dữ liệu được truyền đi tại cạnh lên xuống của xung clock). + Clock Rate (chỉ cho phép ở Master Mode). + Slave Select Mode (chỉ sử dụng ở Slave Mode). + Module MSSP của PIC có thanh ghi chức năng truyền nhận là thanh ghi-d ch SSPSR và thanh ghi đệm SSP U . SSPSR sẽ d ch chuyển data vào hoặc ra khỏi thiết b , bit Msb trước. SSP U sẽ giữ dữ liệu mà dữ liệu này đã được ghi vào SSPSR cho đến khi nhận được byte dữ liệu kế tiếp. Nếu SSP U đã nhận đủ 8 bit dữ liệu thì bit ( uffer ull detect bit)và SSPIF (Interrupt Flag bit) của thanh ghi SSPSTAT được set. ất cứ việc ghi đọc dữ liệu trong thanh ghi SSPBUF trong quá trình truyền nhận đều b cấm và bit WCO sẽ được set lên 1. it này cần được xóa để dữ liệu tiếp theo có thể được ghi vào SSP U . Cần phải đọc dữ liệu trong SSP U ngay sau khi nhận về để cho phép các dữ liệu tiếp theo được ghi vào. it sẽ cho biết khi nào SSP U đầy dữ liệu (quá trình truyền hoàn tất). Khi ta đọc giá tr trong thanh ghi SSP U , bit sẽ được xóa. Một cách tổng quát, ngắt của Module MSSP thường dùng để xét xem quá trình truyền nhận xong hay chưa. Nếu bit SSPI = thì chứng tỏ quá trình truyền nhận đã hoàn tất. Ngược lại, nếu bit SSPI = thì quá trình chưa hoàn thành. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 21 3.3 Giới thiệu về LM35 LM35 là loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, bởi giá thành thấp và cách vận hành đơn giản. M35 Z có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo độ C ( mV tương ứng với *C) Hình 3.10 Đo nhiệt độ LM35 Chân +Vs là chân cung cấp điện áp cho M35 Z hoạt động ( -20 V). Chân Vout là chân điện áp ngõ ra của M35 Z, được đưa vào chân Analog của các bộ A C. Chân GN là chân nối mass,lưu ý cần nối mass chân này để trành làm hỏng cảm biến cũng như làm giảm sai số trong quá trình đo. 3.4 Cổng COM và chuẩn giao tiếp.[5] 3.4.1 Cổng COM. Vấn đề giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứng dụng điều khiển, đo lường... Ghép nối qua cổng nối tiếp RS 3 là một trong những k thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết b ngoại vi với máy tính. Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng đ nh dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là thiết b , chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là .5 đến 5. m, tốc độ kbit s đôi khi là tốc độ 5 kbit s với một số thiết b đặc biệt. Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc theo đường truyền. Hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay đều được trang b ít nhất là cổng COM hay cổng nối tiếp RS 3 . Số lượng cổng COM có thể lên tới tùy từng loại main máy tính. Khi đó các cổng COM đó được đánh dấu là COM1, COM2, COM3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 22 Khả năng chống nhi u của các cổng nối tiếp cao.Thiết b ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện. Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua cổng nối tiếp. Module giao tiếp máy tính PL2303. Sử dụng chip PL2303HX chuyển đổi USB - UART d dàng kết nối với máy tính. Module d d dàng cho việc nghiên cứu các module khác b ng cách gửi lệnh trực tiếp từ máy tính và phân tích dữ liệu nhận được lên màn hình máy tính mà không cần thông qua chương trình của vi điều khiền. Thông số kỹ thuật: Điện áp 5 V cấp trực tiếp từ cổng US .  Ngõ ra dạng UART gồm 2 chân TX, RX.  Với 3 led trên board: led báo nguồn, led RX, led TX.  Kích thước: 15 x 31 mm. Hình 3.11 Module giao tiếp máy tính PL2303. 3.4.2 Thông số của chuẩn RS232. - Trong chuẩn RS 3 có mức giới hạn trên và dưới (logic và ) là + -12 V. - Hiện nay đang được cố đ nh trở kháng tải trong phạm vi từ 3 KΩ đến 7 KΩ - Mức logic có điện áp n m trong khoảng từ -3 V đến -12 V, mức logic từ 3 V đến 12 V. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 23 - Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là kbps (có thể lớn hơn). - Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 5 pF. - Trở kháng tải phải lớn hơn 3 KΩ nhưng phải nhỏ hơn 7 KΩ. - Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết b ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt quá 15 m nếu không sử module. được - Các giá tr tốc độ truyền dữ liệu chuẩn 5 , 75, , 75 , 3 , 6 , , , 8 , 9600, 19200, 28800, 38400, 566 , , 5 bps. - RS 3 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Chuẩn RS 3 được thiết lập trước họ logic TT rất lâu do vậy điện áp đầu vào và đầu ra của nó không tương thích với mức TT . Trong RS 3 thì mức logic được biểu di n từ điện áp -3 V đến -15 V trong khi đó mức thì ứng với điện áp +3 V đến +15 V làm cho điện áp -3 V đến +3 V là không xác đ nh. Vì lý do này để kết nối một chuẩn RS 3 bất kỳ đến một hệ vi điều khiển thì ta phải sử dụng các bộ biến đổi điện áp (như MAX 3 ) để chuyển đổi các mức điện áp RS 3 về các mức điện áp TT , sẽ được chấp nhận bởi các chân TxD và RxD của PIC 16F877A và ngược lại. - Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố đ nh các giá tr trở kháng tải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát. Mức điện áp của tiêu chuẩn RS 3 C ( chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau: + Mức logic : +12 V(+15 V). + Mức logic : -12 V(-15 V). - Các mức điện áp trong phạm vi từ -3 V đến 3 V là trạng thái chuyển tiếp. Chính vì từ - 3 V tới 3 V là phạm vi không được đ nh nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá tr logic từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong một thơì gian ngắn hợp lý. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết b tham gia và của cả đường truyền. Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ h trợ với tốc độ 9, k . XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 24 - Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS 3 được thực hiện không đồng bộ. o vậy nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền ( kí tự). - ộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp theo. it này luôn bắt đầu b ng mức , tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data) được gửi dưới dạng mã ASCII( có thể là 5, 6, 7 hay 8 bit dữ liệu), sau đó là một Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng (bit stop) có thể là , 2 hay 5 bit dừng. - Tốc độ bit là một tham số đặc trưng của RS 3 . Tham số này chính là đặc trưng cho quá trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS 3 là tốc độ truyền nhận dữ liệu. Tốc độ bit được đ nh nghĩa là số bit truyền được trong thời gian giây. Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau (Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau tốc độ truyền bit). - Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ baud. Tốc độ baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để di n tả bit được truyền còn tôc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền. Vì một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và tốc độ baud là phải đồng nhất. - Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS 3 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian chuyển mức logic không vượt quá % thời gian truyền bit. o vậy, nếu tốc độ bit càng cao thì thời gian truyền bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ. Điều này làm giới hạn tốc aud và khoảng cách truyền. - it chẵn lẻ hay Parity bit đây là bit kiểm tra l i trên đường truyền. Thực chất của quá trình kiểm tra l i khi truyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số l i trong quá trình truyền. o đó trong chuẩn RS 3 sử dụng một k thuật kiểm tra chẵn lẻ. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 25 3.5 Thiết kế bộ thu, phát sóng RF và giao tiếp máy tính sink node. Hình 3.12 Mạch nguyên lý bộ phát, thu sóng RF và giao tiếp máy tính(sink node). Nguyên lý hoạt động: Khi có tín hiệu mang dữ liệu dạng ASCII truyền từ máy tính qua cổng USART sẽ cho tín hiệu qua rồi đến chân Rx, Tx của PIC (bộ phát). Sau đó, PIC sẽ truyền tín hiệu lên module NR , tín hiệu được điều chế đưa vào sóng mang rồi phát vào không gian. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 26 Cách truyền d liệu từ máy tính qua PIC: Hình 3.13 Đóng khung d liệu trong chuẩn USART bất đồng bộ. Ví dụ khi truyền kí tự A (có mã ASCII 8 bit nh phân là ) từ máy tính, dữ liệu sẽ được đóng gói khung giữa bit start và bit stop, rồi mới được truyền qua PIC (hình . ). ưu ý r ng phép truyền bắt đầu với bit bắt đầu, sau đó là bit (LSB), rồi tiếp tục các bit còn lại cho đến bit 7 (MS ) và cuối cùng là bit stop để báo kết thúc kí tự A . Đây là bảng mã ASCII của những kí tự được sử dụng trong quá trình truyền dữ liệu từ máy tính qua PIC: Bảng 3.1 Bảng mã ASCII nh ng kí tự đƣợc sử dụng. Hệ 2 (Nhị phân) Hệ 10 (Thập phân) Hệ 16 (Thập lục phân) Đồ hoạ (Hiển thị ra đƣợc) 0011 0001 49 31 1 0011 0010 50 32 2 0011 0011 51 33 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 27 0011 0100 52 34 4 0011 0101 53 35 5 0011 0110 54 36 6 0011 0111 55 37 7 0011 1000 56 38 8 0011 1001 57 39 9 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 28 Hình 3.14 Mạch in bộ thu, phát sóng RF và giao tiếp máy tính (sink node). XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 29 3.6 Thiết kế bộ thu, phát sóng RF và thu thập nhiệt độ (node 1). Hình 3. 15 Mạch nguyên lý bộ thu, phát sóng RF (node 1). Nguyên lý hoạt động: Module NR bẫy sóng để thu sóng R trong không gian, sau đó giải mã để lấy ra tín hiệu mã lệnh có trong sóng mang rồi truyền tín hiệu đó vào PIC. Tại đây, PIC sẽ xử lý dữ liệu và tiếp tục phát dữ liệu đánh dấu node phát ra không gian cho node nhận và xử lý,sau khi nhận được thông tin phản hồi xác đ nh lấy dữ liệu nhiệt độ thì tại pic lấy dữ liệu nhiệt độ đưa lại module NRF24l01 phát sóng ra không gian cho sink node xử lý. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 30 Hình 3.16 Mạch in bộ thu, phát sóng RF và thu thập dử liệu nhiệt độ (node 1). XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 31 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 4.1 Giới thiệu phần mềm .[6] Microsoft Visual Basic 6.0 thể hiện tầm nhìn rộng của Microsoft về các ứng dụng máy khách b ng cách cho phép các chuyên gia phát triển phần mềm có thể nhanh chóng tạo ứng dụng kết nối với chất lượng cao và những kinh nghiệm người dùng phong phú. Visual asic 6. cho phép mọi tổ chức có thể nhanh chóng tạo được các ứng dụng tin cậy, có khả năng quản lý và an toàn hơn để tận dụng Windows Vista™ và hệ thống Office 7. Visual Basic 6. ra mắt những ưu điểm cho các chuyên gia phát triển phần mềm thể hiện trong 3 lĩnh vực chính:  Cải thiện khả năng sản xuất  Quản lý chu trình phát triển ứng dụng  Triển khai các công nghệ mới nhất Visual Basic 6.0 cho phép người dùng d dàng tạo ra giao diện điều khiển chạy trên nền Window, ở đây ta không phân tích nhiều đến các ứng dụng khác của phần mềm này vì nó có rất nhiều ứng dụng mà ta chỉ tập trung vào tìm hiểu cách tạo một giao diện cho ứng dụng điều khiển thiết b trên máy tính.  Tạo project mới. Khởi động V ở hộp thư thoại New Project chọn Standard X nhấn Open một Project mới chứa một orm tên orm trong trình đơn file chọn Save Project hộp thoại Save file as xuất hiện sau đó chọn nơi lưu giữ. Ta có thể đặt lại tên orm theo ý muốn trong cửa sổ Properties . ảng này điều khiển thiết b qua cổng COM nên ở thanh công cụ Toolbox ta kéo SerialPort vào orm. Sau đó chọn các nút utton và các công cụ cần thiết để tạo một bảng điều khiển, ở đây ta chỉ tạo bảng điều khiển thiết b nên chỉ cần tạo các utton tắt mở các thiết b và Textbox để hiển th . Double-click vào orm, các utton và Textbox để lập trình. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 32  Tạo giao diện điều khiển. Hình 4.1 Giao diện VB6 khi khởi động. Hình 4.2 Cửa sổ lập trình của VB6. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 33 4.2 Mô hình bố trí hệ thống. Sau khi thực hiện chương trình trong V 6 kết quả hoàn thành như sau: Hình 4.3 Mô hình bố trí hệ thống. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 34 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THI CÔNG 5.1 Sản phẩm hoàn thiện. 5.1.1 Mạch thực tế của bộ thu phát sóng RF. Hình 5.1 Mạch thực tế bộ thu, phát sóng RF và giao tiếp máy tính. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 35 Hình 5.2 Mạch thực tế bộ thu, phát sóng RF node 1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 36 5.2 Lƣu đồ giải thuật. Hình 5.3 Lƣu đồ giải thuật máy tính truyền, nhận d liệu từ PIC . Khởi tạo các biến Đ S Kết thúc Nút nhấn gửi dữ liệu Gửi mã điều khiển xuống PIC phát Nút nhấn ngắt kết nối Đ S ắt đầu Nhận dữ liệu từ PIC (bộ thu) Xuất dữ liệu lên V XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 37 Hình 5.4 Lƣu đồ giải thuật PIC truyền d liệu từ máy tính. ắt đầu Gửi dữ liệu từ máy tính ưu vào Ram Xử lý dữ liệu Giải mã dữ liệu Đ S PIC (bộ phát) lấy dữ liệu từ Ram thông qua cổng COM Truyền dữ liệu qua sóng R Đủ dữ liệu Đ S XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 38 Hình 5.5 Lƣu đồ giải thuật PIC truyền, nhận d liệu gửi ra không gian. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 39 Hình 5.6 Lƣu đồ giải thuật PIC truyền, nhận d liệu gửi lên máy tính. ắt đầu Nhận được dữ liệu trong không gian ưu vào Ram Xử lý dữ liệu Giải mã dữ liệu Đ S PIC lấy dữ liệu từ Ram Gửi dữ liệu lên máy tính Đủ dữ liệu Đ S Truyền dữ liệu qua sóng R XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 40 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN 6.1 Kết luận. Hoàn thành mô hình thực nghiệm wireless multi-hop trên 3 node truyền nhận dữ liệu nhiệt độ gửi nhiệt độ của node 3 về cho node và node kèm dữ liệu của node 3 gửi lên máy tính hiển th trên phần mềm visual basic. 6.2 Kinh nghiệm. Kinh nghiệm thu được sau đồ án: + Cách phát và thu sóng RF. + iết cách thiết kế giao diện trên V 6. + Cách điều khiển,nhận dữ liệu nhiệt độ. + Thi công mô hình nhiều node thành công. 6.3 Hƣớng phát triển của đề tài. Vì mạch sử dụng vi điều khiển nên trong tương lai có thể phát triển thêm nhiều tính năng như truyền dữ liệu báo cháy nổ cho hệ thống nhà xưởng,truyền thông tin,âm thanh k thuật số, ngắt điện hệ thống tức thời khi có sự cố xảy ra,phát thanh báo hiệu trạng thái hoạt động,bắn tốc độ xe gửi qua sóng R vừa tiết kiệm chi phí vừa hạn chế di chuyển nhiều. Mục tiêu thiết kế hệ thống tiến tới sự hoàn thiện giữa giao tiếp với người dùng và hạn chế sử dụng tài nguyên thiên nhiên phù hợp với cuộc sống và chất lượng giá thành rẻ,phù hợp với tiêu dùng của người Việt Nam. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SVTH: TỪ BẢO LONG WIRELESS MULTI-HOP Trang 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trích [2] Trích datasheet của hãng NOR IC’S trang https://www.sparkfun.com/datasheets/Components. [3] Trích Milan Verle (2009), PIC Microcontrollers – Programming in C, Publisher: Mikro lektronika và Nguy n Đình Phú ( 7), Giáo trình Vi Xử ý , Đại học SPKT, TP. Hồ Chí Minh. [4] Trích trang: icdesignvn.com. [5] Trích Hệ thống điều khiển thiết b từ xa thông qua máy tính của Tr nh Hoàng ong, Trần Thanh Hiền, Phan Thanh Tiến ( 9). [6] Trích lập trình Visual basic của Đậu Quang Tuấn .